2011-计算机软件

某交通规则教材勘误表
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《特洛伊》中的穿帮镜头
1960年代-现在：ຫໍສະໝຸດ Baidu件=程序+工程化文档
软件工程：软件危机的解决之道（1968年提出）
应用计算机科学、数学及管理科学等原理，开发软件的工程 （是一门交叉学科） 传统或狭义的软件工程主要解决软件规模化生产的问题 如何在给定的人力、物力、时间等 资源条件下，开发给定需求的软件 （以规范的文档为载体）
必须尽可能满足应用需求
Windows 95: 1500万行 Windows 98: 1800万行 Windows XP: 3500万行 Windows Vista: 5000万行
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宝马7系 软件总量超2亿行 占全车成本40%以上
1960年代-现在：软件复杂性持续增加
程序规模越大，复杂性越高
基于Windows的Web服务器显示一张图片而执行的系统调用序列
用软件解决的问题越来越复 杂、困难
软件规模化生产的复杂性和 成本难以控制 计算机不能发现、纠正、容 忍任何软件错误
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软件开发的起点不断深入问 题域，与问题域同步演化
软件协同开发、基于复用的 工业化生产 计算机软硬件系统自适应
计算机软件 小结
客观 现实世界 软件发展的主旋律： 不断缩小现实世界与计算机之间在 问题求解工具、能力和方法上的鸿沟 软件工程（方法） 编 程 语 言 （ 工 具 ）
计算机应用范围扩大，程序也日益庞杂，出现了操作系统和 数据库管理系统等大型软件，代码量达数十万甚至百万行
• 美国宇航局1963年水星计划系统 200万条指令，1967年 的双子星座 计划系统 400万条指令，1973年阿波罗计划系统 1000万条指令
程序难以理解，难以维护，必须用文档说明
所以，软件 = 程序 + 文档
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1960年代-现在：软件规模持续扩大
计算机应用进一步普及，程序规模进一步扩大
美国宇航局1963年水星计划系统 200万条指令，1967年 的双子星座计划 系统 400万条指令，1973年阿波罗计划系统 1000万条指令，1979年哥伦 比亚航天飞机系统 4000万条指令
程序必须尽可能发挥硬件能力
设计 实现 测试
维护
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Frederick P. Brooks IBM System 360
1960年代-现在：软件开发何难？
更关键的是，计算机不能发现、 纠正、容忍任何软件错误
一般的知识制品是给人看的，而人可以 适当容忍和纠正其中的错误，不致于造 成严重后果 前面3个困难导致的任何问题，都会最终 造成计算机不能正确完成计算任务
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1960年代-现在：软件开发效率和质量不足
程序规模越大，复杂性越高，开发效率和质量不足
操作系统规模增长
6年50亿美元5000人 开发6千万行代码的 Vista以失败告终！
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1960年代-现在：软件危机
Software Crisis（1968年NATO会议提出，至今依然存 在）：软件质量无法保证，成本和进度难以控制
*同一个复杂运算可以有
…
5050
多种简单运算的组合方式
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1960年代-现在：软件的本质 软件是典型的知识制品
是客观世界中问题空间与解空间的计算机描述 “数字化信息化知识化智能化 ”的所有“动作/计 算”均由软件描述
现实世界
(人与社会)
将现实世界的 数据和信息 “数字化”
处理数字化的 数据和信息
问题：机器语言难写难 读，人使用不便，程序 开发效率极低
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1940年代-50年代：软件=程序
本阶段的计算机主要用于科学计算
对于一项计算任务，数据输入输出量不大，计算量大 汇编语言采用助记符号形 式，有利于人阅读和使用。 问题： • 每条指令的意义容易理 解，仍需直接操作硬件 • 仍以计算为主，对复杂 数据和大量数据的支持 不够 • 程序无结构，缺乏组织 手段，写大程序仍然很 困难
Niklaus Wirth
Alan Kay
其他相关的图灵奖得主：Barbara Liskov、Frances E. Allen、John Cocke、John Hopcroft、 Robert Tarjan、C. Antony R. Hoare、Kenneth E. Iverson、Robert W. Floyd、Donald E. Knuth、 A.J. Perlis
计算概论
计算机软件
黄罡 北京大学信息科学技术学院
本讲概览
什么是软件 软件发展史
软件的未来
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计算机硬件与软件
硬件(hardware)
就是计算机中的所有物理 的事物(physical artifacts)
软件(software)
就是执行一次计算所需的、 硬件以外的事物 (nonphysical artifacts) 即二进制表示的程序与数据 看不见、摸不着、无损耗
能力成熟度 模型 （Capability Maturity Model for Software, CMM）
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1960年代-现在：软件=程序+工程化文档
现代或广义的软件工程全面针对软件危机的所有因素
软件开发的固有难点 描述和认知方式的“巨大鸿 沟” 软件工程的解决之道 更贴近人类思维方式的高级 语言和设计方法
1960年代-现在：软件=程序+工程化文档 1950年代-60年代：软件=程序+文档
1940年代-50年代：软件=程序
计算机 虚拟空间
系 统 软 件 （ 能 力 ）
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1940年代-50年代：软件=程序
本阶段的计算机主要用于科学计算
对于一项计算任务，数据输入输出量不大，计算量大 本阶段的程序设计： • 强调程序的功效，即运 行时间省、占用内存少 • 很少考虑结构清晰、易 读、易维护 • 编程复杂、繁琐、费时、 易错 • 此时，尚未出现“软件” 一词
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1950年代-60年代：软件=程序+文档
IBM 360 OS 1963－1966 5000多人年 2亿多美元 1991年，爱国 者导弹拦截系 统因时钟误差 而失效
1997年， 火星探路 者因优先 级翻转而 频繁重启
2007年， 北京奥运 门票预订 系统首日 因流量过 大而瘫痪
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1960年代-现在：软件的本质 硬件是计算机的身躯，软件是计算机的灵魂
1956年高级语言Fortran的出现
具有类似文字的表现形式； 用类似数学的表达式形式描述基本计算； 用变量等概念取代低级的存储概念，摆脱了繁琐的存储安排； 提供高级操作流程控制手段和程序组织手段
约翰· 巴克斯 IBM 图灵奖获得者
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1950年代-60年代：软件=程序+文档
程序设计语言的“高级化”
影响和改造 现实世界的 数据和信息
计算机 数字世界
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1960年代-现在：软件开发何难？ 描述和认知方式的“巨大鸿沟”
软件是客观世界中问题空间与解空间的计算机描述
人类固有的描述和认知方式
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计算机固有的描述和认知方式
1960年代-现在：软件开发何难？ 用软件解决的问题越来越复杂、困难
软件是客观世界中问题空间与解空间的计算机描述
包括由金属、硅、塑料等 材料制成的电路、芯片、 数据带、外壳、风扇等 硬件 看得见、摸得着、会损耗
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计算机硬件与软件
指 挥 实现
硬件 硬件
指 挥
软件
实现
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1940年代-50年代：软件=程序
本阶段的计算机主要用于科学计算
对于一项计算任务，数据输入输出量不大，计算量大 机器语言是机 器指令形成的 语言 形式为二进制 编码，机器可 直接执行
Google 自动驾驶汽车
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1960年代-现在：软件开发何难？ 软件规模化生产的复杂性和成本难以控制
软件规模与复杂远远超出个人的控制，必须分工合作 但个人能力与背景的差异，使得合作难度与成本过高
Waterfall Model by Winston W. Royce, 1970 使得软件开发工作得以 细分，开始走向规模化 分析
文档可以理解为更全面、详细、有组织的注释，是给人看的， 不一定装入机器 example1文档： 按照时、分、秒的 顺序输入3个整数， 程序将换算成秒并 输出
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程序设计语言概览
E.W. Dijkstra
Peter Naur Ole-Johan Dahl Kristen Nygaard
John Backus
计算机只能直接执行简单的逻辑和算术运算
必须由人“以程序的形式”告诉计算机如何通过一系列的 简单运算来实现复杂运算
同等甚至更重要的是，只能由人“以文档和程序的形式” 解释计算机执行的运算到底是为了什么（或者有什么用）
求等差数列的和： 1 + 2 + 3 + … + 100 = ?
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(1+100) x 100 = 5050 2